Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy phân khổ bao bì carton

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CƠNG TRÌNH BỘ MƠN KỸ THUẬT ĐIỆN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy phân khổ bao bì Carton Giảng viên hƣớng dẫn : ThS Đinh Hải Lĩnh KS Nguyễn Thành Trung Sinh viên thực : Vũ Minh Toản Mã sinh viên : 1351082072 Lớp : K58_CĐT Khóa : 2013 - 2017 Hà Nội – năm 2017 MỞ ĐẦU Ngày này, nhu cầu sử dụng hàng hóa ngƣời dân ngày gia tăng, cơng ty sản suất hàng hóa, tiêu dùng ƣu tiên đựng hàng hóa bao bì carton để vận chuyển, xếp thành chồng với số lƣợng lớn, dễ lƣu kho trƣng bày Ngoài độ cứng bao bì carton cịn bảo vệ cho hàng hóa tránh bị tổn thất Nhu cầu sử dụng bao bì giấy ngày tăng cao có tính thân thiện với mơi trƣờng, 100% tái chế lại có xu hƣớng thay loại bao bì khác Chính điều làm cho bao bì carton trở thành loại bao bì khơng thể thay cho nhiều loại hàng hóa, đƣợc sử dụng ngày nhiều loại bao bì đa dạng cho loại sản phẩm công nghiệp Việc cải tiến dây truyền, công nghệ đƣợc coi trọng, để đáp ứng đƣợc nhu cầu sản xuất độ xác phân khổ bao bì carton nên máy phân khổ bao bì cũ cần đƣợc cải tiến thành máy phân khổ bao bì tự động để đạt đƣợc nhiều ƣu điểm Đề tài em “ Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy phân khổ bao bì carton ″ nhằm cải tiến hệ thống máy móc đáp ứng đƣợc nhu cầu của nhà sản suất Mục tiêu nghiên cứu đề tài em cải tiến phần điện cho máy, đƣa thêm lập trình PLC vào phần điện điều khiển máy để giảm số lƣợng công nhân đứng vận hành máy, tăng suất lao động Nội dung khóa luận đƣợc chia thành chƣơng: Chƣơng 1: Tổng quan máy phân khổ bao bì carton Chƣơng 2: Thiết kế phần cứng hệ thống điều khiển Chƣơng 3: Lập trình cho hệ thống PLC Lần làm quen với công việc thiết kế, với khối lƣợng kiến thức tổng hợp lớn, có nhiều phần em chƣa nắm vững, dù tham khảo tài liệu song thực cơng việc q trình nghiên cứu khơng thể tránh có thiếu sót chun mơn Kính mong đƣợc góp ý giúp đỡ quý thầy cô giáo Sinh viên thực (Họ tên) Vũ Minh Toản MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ MÁY PHÂN KHỔ BAO BÌ CARTON .1 1.1 Khái quát chung máy phân khổ bao bì carton 1.1.1 Cấu tạo chung 1.1.2 Nguyên lý hoạt động 1.1.3 Phân loại 1.2.Máy phân khổ bao bì carton bán tự động 1.2.1.Kết cấu máy phân khổ bao bì carton bán tự động .2 1.2.2 Nguyên lý hoạt động 1.2.3 Ƣu, nhƣợc điểm máy 1.3 Máy phân khổ bao bì carton tự động .5 1.3.1 Kết cấu chung 1.3.2 Nguyên lý hoạt động 1.3.3 Ƣu, nhƣợc điểm .11 CHƢƠNG THIẾT KẾ PHẦN CỨNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN .13 2.1 Các yêu cầu hệ thống điều khiển .13 2.2 Thiết lập sơ đồ nguyên lý hệ thống 13 2.3 Thiết kế phần cứng hệ thống điều khiển 14 2.3.1 Các thiết bị đƣợc sử dụng hệ thống .14 2.3.2 Đấu nối thiết bị hệ thống điều khiển 16 CHƢƠNG LẬP TRÌNH CHO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PLC 24 3.1 Xây dựng lƣu đồ thuật toán 24 3.2 Lập trình PLC 25 3.2.1 Các thao tác thực lập trình .25 3.2.2 Code lập trình PLC 28 KẾT LUẬN 33 PHỤ LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ Bảng 1.1: Thơng số máy BFY-DDP-2000 Bảng 1.2 Thông số máy NCFY-2300 Bảng 2.1 Các linh kiện sử dụng đấu điện 14 Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy Hình 1.2: Máy phân khổ bao bì bán tự động Hình 1.3: Biên dạng bánh cán lằn Hình 1.4: Dao dọc giấy máy phân khổ carton bán tự động Hình 1.5: Hệ thống cán lằn giấy carton Hình 1.6: Dao hệ thống mài dao tự động Hình 1.7: Hệ thống van khí, pittong khí, cảm biến từ Hình 1.8: Động điều khiển bánh cán lằn dao Hình 1.9: Hệ thống nút ấn điều khiển bánh cán lằn dao sang trái, phải Hình 1.10: Bảng điều khiển hệ thống máy Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển 13 Hình 2.2: Sơ đồ đấu dây PLC FBS-40MCR 18 Hình 2.3: Sơ đồ đấu dây PLC FBS-60XYR 19 Hình 2.4: Sơ đồ đấu dây PLC FBS-24XYR 20 Hình 2.5: Sơ đồ đấu dây PLC FBS-40MCR 21 Hình 2.6: Sơ đồ đấu dây PLC FBS-20X 22 Hình 2.7: Hình ảnh PLC đƣợc đấu dây cấp điện 23 Hình 3.1: Lƣu đồ thuật toán hệ thống điều khiển 24 Hình 3.2: Dao diện phần mềm WinProladder 25 Hình 3.3: Dao diện tạo Project 26 Hình 3.4: Dao diện cơng cụ phần mềm 26 Hình 3.5: Dao diện Ladder 26 Hình 3.6: Dao diện ghi 27 CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ MÁY PHÂN KHỔ BAO BÌ CARTON 1.1 Khái quát chung máy phân khổ bao bì carton 1.1.1 Cấu tạo chung Máy phân khổ bao bì carton có tác dụng việc gia công cắt rãnh cho thùng carton, với cải tiến kỹ thuật, kết hợp với dây chuyền sản suất đại phù hợp sản xuất đơn hàng có quy mơ lớn Đây thiết bị định hình thùng giấy hộp Máy phân khổ bao bì carton khắc phục tƣợng ép lệch có vết lem nhem carton cắt loại dao dày trƣớc đây, cắt carton bên phẳng đẹp, sáng bóng, khơng có tƣợng bị lệch, nâng cao chất lƣợng ngoại quan carton, làm sở để làm tốt công đoạn sau in Cấu tạo máy gồm có phận sau: Bánh cán lằn Dao dọc giấy Hệ thống mài dao tự động Các nút ấn điều khiển dao sang trái, phải Hệ thống xilanh khí mài dao tự động Hệ thống điều khiển đƣợc trang bị nút ấn điều khiển dao di chuyển sang trái, phải nút ấn cho hệ thống xilanh khí hoạt động giúp mài dao Máy có trang bị biến tần giúp động hoạt động ổn định, giảm tiếng ồn cho động Hiện hệ thống điều khiển máy cần cải thiện chức tự động cho máy, nhằm giảm thiểu số công nhân đứng vận hành, tăng suất, giúp hệ thống hoạt động ổn định, lƣu trữ đƣợc nhiều đơn hàng để thay đổi đơn hàng máy dừng hoạt động 1.1.2 Nguyên lý hoạt động - Nguyên lý hoạt động máy phân khổ bao bì carton đƣợc thực theo bƣớc: Chọn kích thƣớc phơi, đƣa phơi carton vào máy, xilanh khí đƣa bánh cán lằn dao hạ xuống, chu trình cán lằn, chu trình dọc giấy, sản phẩm Nguyên lý hoạt động đƣợc mơ tả nhƣ sơ đồ hình 1.1 Chọn kích thƣớc phơi cần Đƣa phơi carton vào máy Các xilanh khí đƣa bánh cán lằn dao hạ xuống Chu trình dọc giấy Sản phẩm Chu trình cán lằn Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy 1.1.3 Phân loại Dựa vào tính năng, ƣu, nhƣợc điểm máy nên máy phân khổ bao bì carton đƣợc chia làm hai loại sau: Máy phân khổ bao bì carton bán tự động Máy phân khổ bao bì carton tự động 1.2.Máy phân khổ bao bì carton bán tự động 1.2.1.Kết cấu máy phân khổ bao bì carton bán tự động Kết cấu máy phân khổ bao bì carton bán tự động gồm có: trục cán lằn, trục đỡ, chặn, dao dọc giấy, hệ thống mài dao tự động Kết cấu máy phân khổ bán tự động đƣợc mô tả nhƣ hình 1.2 Hình 1.2: Máy phân khổ bao bì bán tự động Thơng số máy phân khổ bao bì carton bán tự động loại BFY-DDP-2000 đƣợc nêu bảng 1.1 Bảng 1.1: Thông số máy BFY-DDP-2000 Tên gọi, tham số Máy BFY-DDP-2000 Chiều rộng chia khổ lớn nhất(mm) 2000 Chiều rộng chia khổ nhỏ nhất(mm) 140 Khoảng cách cán lằn nhỏ nhất(mm) 80 Quy cách dao(mm) Ø122x200x1.3 Số dao Tổng công suất(KW) Kích cỡ ngoại hình(mm) 2500x1000x1500 1.2.2 Ngun lý hoạt động Tấm carton đƣợc cấp tự động đến trục cán lằn, trục đỡ, trục cán có gắn bánh cán lằn, bánh cán lằn thực đồng thời nhiệm vụ cán lằn dọc cắt, xẻ rãnh Trên trục đỡ đƣợc gắn phủ lên lớp cao su dày đặc biệt, có nhiệm vụ đỡ carton trình cán lằn cắt rảnh Giấy đƣợc đặt vào khung chứa đƣợc định vị vị trí sẵn cấp cho hệ thống nhờ chặn đƣợc bố trí chặn với kích thƣớc carton cần sản xuất Hệ thống bơm chân không đƣợc khởi động, đảm bảo carton phía dƣới đƣợc hút áp sát mặt lăn cao su dẫn carton Các lăn đƣợc đúc trực tiếp lên trục đƣợc lăn nhám Khi trục cán quay tròn hoạt động hệ thống mạch điện, tín hiệu đƣợc truyền đến động cấp giấy làm cho trục cấp giấy quay, timer hoạt động đủ thời gian mặc định, động cấp giấy bị ngắt dòng điện cung cấp nhờ tiếp điểm thƣờng đóng Trục cấp giấy quay, đƣa giấy carton vào khe hai trục kéo nhờ lăn cao su, trục kéo đẩy giấy đến trục cán- đỡ Tại đây, việc cán lằn cắt rãnh đƣợc thực đồng thời nhờ vào khn bế trịn, khn bế trịn có lắp dao cắt, để cắt rãnh vịng cấn cán lằn cho carton Chu trình làm việc đƣợc lặp lặp lại khung chứa carton có carton hành trình bị tác động lúc trục cán quay trịn Hình 1.3: Biên dạng bánh cán lằn Sau trải qua công đoạn tạo carton, carton đƣợc đƣa đến trục cán lằn ngang Trục cán lằn ngang gồm trục cán lằn trục đỡ trục thực cán lằn khơng cắt rảnh Kết thúc q trình cắn lằn ngang, giấy đƣợc chuyển sang dao dọc giấy, dao dọc cắt xuống giấy carton theo khổ mà bánh cán lằn cán sẵn qua ta đƣợc sản phẩm theo yêu cầu Hệ thống dao dọc giấy đƣợc làm tự động với nút ấn điều khiển dao sang trái, phải tùy theo đơn hàng yêu cầu, nhƣng hệ thống bánh cán lằn không đƣợc cải tiến tự động nên phải dừng máy lại điều chỉnh bánh sang vị trí khác thay đổi đơn hàng nên dẫn đến tình trạng bất tiện, tốn thời gian sản suất Khi dao bị cùn ngƣời vận hành máy khởi động viên đá mài quay để mài dao khí nén Hình 1.4: Dao dọc giấy máy phân khổ carton bán tự động 1.2.3 Ưu, nhược điểm máy  Ưu điểm: Máy bán tự động có ƣu điểm nhƣ: Dễ điều khiển, hoạt động êm, chi phí sản xuất thấp, dễ sửa chữa, bảo trì, suất cao, gia công đƣợc dạng thùng carton tƣơng đối phức tạp, phù hợp với dạng sản suất hàng loạt vừa, có hệ thống mài dao tự động  Nhược điểm: Tuy nhiên bên cạnh ƣu điểm kể máy phân khổ bao bì carton bán tự động cịn có nhƣợc điểm nhƣ: Gia cơng bánh cán lằn phức tạp, muốn thay đổi kích thƣớc đơn hàng phải dừng máy để chỉnh kích thƣớc, kích thƣớc thùng bị giới hạn chiều cao, chế tạo dao cắt phức tạp, hệ thống máy cồng kềnh, lớn 1.3 Máy phân khổ bao bì carton tự động 1.3.1 Kết cấu chung Kết cấu máy phân khổ bao bì carton tự động gồm có: hệ thống bánh cán lằn, trục, hệ thống dao dọc giấy, hệ thống mài dao tự động, hệ thống pittong khí, van khí điều chỉnh bánh cán lằn, dao nâng hạ mài dao, nút ấn điều chỉnh bánh cán lằn, dao sang trái, phải, bảng điều khiển hệ thống máy động điều khiển bánh cán lằn dao Kết cấu máy phân khổ tự động đƣợc mơ tả nhƣ hình 1.5÷1.10 Hình 1.5: Hệ thống cán lằn giấy carton Hình 1.6: Dao hệ thống mài dao tự động Hình 1.7: Hệ thống van khí, pittong khí, cảm biến từ Sơ đồ đấu dây hệ thống điều khiển máy phân khổ bao bì carton đƣợc thực nhà máy sản xuất giấy, bao bì carton Tân Hƣng hình 2.7 Hình 2.7: Hình ảnh PLC đấu dây cấp điện 23 CHƢƠNG LẬP TRÌNH CHO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PLC 3.1 Xây dựng lƣu đồ thuật tốn Máy có chế độ hoạt động tự động điều khiển tay Với chế độ điều khiển tay, ngƣời công nhân điều khiển nút ấn bảng điều khiển, thân máy, chế độ tự động, ngƣời công nhân lập trình kích thƣớc, khối lƣợng giấy mà đơn hàng yêu cầu ấn nút chạy tự động Lƣu đồ thuật toán đƣợc xây dựng cho chế độ tự động máy phân khổ bao bì carton đƣợc thiết kế phần mềm Visio Microsoft Hình 3.1: Lưu đồ thuật toán hệ thống điều khiển 24 Đầu tiên ta khởi động chƣơng trình, hàm chƣơng trình hàm điều chỉnh khoảng cách bánh cán lằn Bộ so sánh nhận tín hiệu từ ecoder đầu trục vít me bánh cán lằn sau đƣợc so sánh với giá trị ngƣỡng đƣợc cài đặt theo yêu cầu cầu sản phẩm, hai giá trị hàm chuyển tới hàm tiếp theo, hàm điều chỉnh khoảng cách dao tƣơng tự nhƣ Chƣơng trình hạ lằn qua hàm so sánh Limit(giới hạn), lằn đạt tới vị trí biên ngồi chạm cơng tắc hành trình chuyển sang hàm đếm với giá trị delay trễ(theo cài đặt trƣớc), giá trị trễ thực giá trị trễ máy hàm chuyển sang bƣớc Khi ta nâng bánh cán lằn chạm tới công tắc hành trình hệ thống dừng lại hàm điều chỉnh nâng hạ dao tƣơng tự nhƣ hàm nâng hạ lằn 3.2 Lập trình PLC 3.2.1 Các thao tác thực lập trình Sử dụng phần mềm WinProladder để lập trình cho PLC Fatek, phần mềm có thƣ viện lệnh khơng phong phú nhƣ Siemens, Mitsubishi, Omron nhƣng đáp ứng nhu cầu ngƣời dùng để lập trình cho dịng máy đột, dập, dây chuyền dệt… nhập từ China Hình 3.2: Dao diện phần mềm WinProladder Khi bắt đầu lập trình cho PLC ta vào mục File chọn New Project xuất bảng Project Information để đặt tên lƣu chƣơng trình lựa chọn PLC cần lập trình, muốn thay đổi PLC ta nhấn vào Edit lựa chọn PLC cần 25 Hình 3.3: Dao diện tạo Project Khi tạo xong Project ta bắt đầu tiến hành lập trình Thƣ viện lệnh khơng phong phú nhƣng đáp ứng đủ nhu cầu lập trình cho PLC Fatek để điều khiển dòng máy đột, dập, cắt nhập từ China Hình 3.4: Dao diện cơng cụ phần mềm Để lấy thƣ viện, ta vào Ladder chọn thƣ viện ta cần chọn trực tiếp cơng cụ Hình 3.5: Dao diện Ladder 26 Để lấy ghi, ta vào mục Ladder chọn Function ấn vào biểu tƣợng F công cụ, xuất bảng Function Lookup, ta tìm chọn ghi cần Hình 3.6: Dao diện ghi 27 3.2.2 Code lập trình PLC Code lập trình PLC đƣợc thể khối khối số khối số 2, code đƣợc lập trình viết ngơn ngữ Ladder a Code lập trình khối số Code lập trình khối số đƣợc viết ngơn ngữ Ladder nhƣ sau: 28 29 30 b Code lập trình khối số Code lập trình khối số đƣợc viết ngôn ngữ Ladder nhƣ sau: 31 32 KẾT LUẬN Qua trình tìm hiểu, nghiên cứu hoàn thành đồ án tốt nghiệp nhà máy bao bì carton Tân Hƣng em tích lũy đƣợc kiến thức bổ ích chun mơn, kinh nghiệm thức tế sản xuất tính tốn, thiết kế đƣợc hệ thống điều khiển cho máy phân khổ bao bì carton tự động Hệ thống sử dụng PLC Fatek, chƣơng trình điều khiển đƣợc lập trình WinProladder Hệ thống điều khiển đảm bảo đƣợc tính nhƣ hoạt động ổn định, cơng suất tiêu thụ thấp, có khả tự động chuẩn đoán lỗi, độ tin cậy cao, dễ bảo dƣỡng, sửa chữa sản phẩm đƣợc chạy thực nghiệm nhà máy bao bì carton Tân Hƣng Tuy nhiên hệ thống điều khiển cịn có số tồn nhƣ: Chƣa tự động sửa lỗi chỉnh giấy giấy vào máy bị lệch sang trái phải Để nâng cao tính hệ thống cần phải nghiên cứu phƣơng pháp điều khiển chi tiết để máy phân khổ bao bì carton tự động tự động chỉnh giấy bị đặt lệch 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình PLC Tác giả: Lê Văn Bạn – Lê Ngọc Bích Nhà xuất giáo dục Ngơn ngữ lập trình PLC ứng dụng Tác giả: Lâm Tăng Đức – Nguyễn Kim Ánh Nhà xuất giáo dục Cơng nghệ khí nén Tác giả: Hồ Đức Thọ - Nguyễn Ngọc Phƣơng Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2007 Cảm biến ứng dụng Tác giả: Dƣơng Minh Trí Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2009 Các nguồn tài liệu website http://www.fatek.com/en/technical.php?act=manual&catId=11&page=2 http://www.suachuabientanplc.com/2014/02/chia-se-tai-lieu-plc-fatek.html http://plcsaigon.com/blogs/news/1000186556-huong-dan-ket-noi-plc-fatek http://tailieu.vn/doc/encoder-quay-quang-encoder-tuyet-doi-encoder-xung1218196.html ... máy phân khổ bao bì carton đƣợc chia làm hai loại sau: Máy phân khổ bao bì carton bán tự động Máy phân khổ bao bì carton tự động 1.2 .Máy phân khổ bao bì carton bán tự động 1.2.1.Kết cấu máy phân. .. thống relay van khí 13 2.3 Thiết kế phần cứng hệ thống điều khiển 2.3.1 Các thiết bị sử dụng hệ thống Các thiết bị đƣợc sử dụng cho hệ thống điều khiển máy phân khổ bao bì carton tự động đƣợc liệt... tin cậy cao 2.2 Thiết lập sơ đồ nguyên lý hệ thống Hệ thống điều khiển máy phân khổ bao bì carton tự động sử dụng thiết bị điều khiển PLC Fatek Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển đƣợc mô tả